JP5890847B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5890847B2
JP5890847B2 JP2013553320A JP2013553320A JP5890847B2 JP 5890847 B2 JP5890847 B2 JP 5890847B2 JP 2013553320 A JP2013553320 A JP 2013553320A JP 2013553320 A JP2013553320 A JP 2013553320A JP 5890847 B2 JP5890847 B2 JP 5890847B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
display device
columnar spacer
pixels
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013553320A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013105627A1 (ja
Inventor
勝滋 浅田
勝滋 浅田
澤崎 学
学 澤崎
森永 潤一
潤一 森永
政行 山中
政行 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2013553320A priority Critical patent/JP5890847B2/ja
Publication of JPWO2013105627A1 publication Critical patent/JPWO2013105627A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5890847B2 publication Critical patent/JP5890847B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133707Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1339Gaskets; Spacers; Sealing of cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343Electrodes
    • G02F1/134309Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1393Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1339Gaskets; Spacers; Sealing of cells
    • G02F1/13396Spacers having different sizes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、電圧印加時に軸対称配向を呈する液晶ドメインが形成される垂直配向(VA)モードの液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特長を生かして、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、電子手帳などの情報機器、あるいは液晶モニタを備えたカメラ一体型VTRなどに広く用いられている。
高コントラスト化および広視野角化を実現できる表示モードとして、垂直配向型液晶層を利用した垂直配向(VA)モードが注目されている。垂直配向型液晶層は、一般に、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを用いて形成される。
特許文献1には、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モードと呼ばれる垂直配向モードが提案されている。CPAモードでは、典型的には、画素電極が、所定の位置に形成された開口部および/または切欠き部によって複数のサブ画素電極に分割されている。液晶層に電圧が印加されると、各サブ画素電極の外縁近傍に生成される斜め電界によって、軸対称配向(放射状傾斜配向)を呈する液晶ドメインが形成され、そのことによって広視野角の表示が実現される。
また、特許文献2には、CPAモードにおける液晶分子の軸対称配向を安定化させる技術が開示されている。特許文献2の技術によれば、アクティブマトリクス基板の電極構造(複数のサブ画素電極に分割された画素電極)によって形成される軸対称配向が、対向基板に設けられた配向規制構造によって安定化される。配向規制構造は、液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられる。配向規制構造は、例えば、凸部(配向規制突起)や、対向電極に形成された開口部である。
一方、垂直配向モードの配向安定性や応答速度を向上させるための技術として、PSA(Polymer Sustained Alignment)技術が提案されている(例えば特許文献3および4)。PSA技術では、配向膜上に形成された光重合物によって、液晶分子のプレチルト方向が制御される。光重合物(配向維持層と呼ばれる)は、液晶材料中に少量の光重合性化合物(例えば光重合性モノマー)を混入しておき、液晶パネルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で光重合性化合物に紫外線を照射することによって形成される。配向維持層が形成されるときの液晶分子の配向状態が、電圧を取り去った後(電圧を印加しない状態)においても配向維持層によって維持(記憶)されるので、配向安定性や応答速度が向上する。
特開2003−43525号公報 特開2002−202511号公報 特開2002−357830号公報 特開2003−307720号公報
近年、スマートフォンやタブレット型表示デバイスの普及に伴い、液晶パネル上にタッチパネルなどの入力デバイスを設置する使用態様が一般化してきており、液晶表示装置の表面に意図的に応力を加えるような使い方がなされるようになってきている。
しかしながら、CPAモードの液晶表示装置においてそのような使い方がなされる場合、対向基板に配向規制構造が設けられていても、軸対称配向を十分に安定化させることは難しい。そのため、液晶表示装置の表面に指や専用の筆記具(「スタイラス」と呼ばれる)を押し当てると、その跡が表示むらとして残存する(視認される)ことがあり、このようなむら(本願明細書では「トレースむら」と称する)は、表示品位の低下の原因となる。
対向基板に配向規制構造を設けるとともに、PSA技術を用いることによって、軸対称配向を安定化させることも考えられるが、その場合、液晶パネルの製造時に配向維持層を形成するための工程を実行する必要があるので、製造に要する時間や製造コストが増加してしまう。また、PSA技術を用いても、トレースむらの発生を十分に抑制できないこともある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トレースむらの発生が抑制されたCPAモードの液晶表示装置を提供することにある。
本発明の実施形態による液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有する第1基板と、前記画素電極に対向するように設けられた対向電極を有する第2基板と、前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備え、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、軸対称配向を呈する少なくとも1つの液晶ドメインが形成される液晶表示装置であって、前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられ、前記少なくとも1つの液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起と、複数の柱状スペーサとをさらに有し、前記複数の柱状スペーサは、第1の柱状スペーサと、前記第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサとを含み、前記画素電極の短手方向に沿った長さは、35μm以下であり、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素において、前記第2の柱状スペーサは、前記配向規制突起として機能し、前記第2の柱状スペーサの高さは、前記第1の柱状スペーサの高さの75%以上92%以下である。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの液晶ドメインは、複数の液晶ドメインであり、前記画素電極は、前記複数の液晶ドメインに対応した複数のサブ画素電極を有する。
ある実施形態において、前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁膜とをさらに有し、前記層間絶縁膜には、前記画素電極を前記薄膜トランジスタに電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている。
ある実施形態において、前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちの別のある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている。
ある実施形態において、前記第2基板は、遮光層をさらに有し、前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記コンタクトホールに重なる第1遮光部と、前記薄膜トランジスタに重なる第2遮光部とを含む。
ある実施形態において、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第2の柱状スペーサは、前記複数の液晶ドメインのうちの少なくとも一部の液晶ドメインに対応する前記配向規制突起として機能する。
ある実施形態において、前記複数の画素は、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する画素を含む。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの液晶ドメインは、1つの液晶ドメインである。
ある実施形態において、前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタをさらに有し、前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記配向規制突起に重なるように設けられている。
ある実施形態において、前記第2基板は、遮光層をさらに有し、前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記薄膜トランジスタに重なる遮光部を含む。
ある実施形態において、前記複数の画素のうちの一部の画素において、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能し、残りの画素において、前記第2の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する。
ある実施形態において、前記複数の柱状スペーサのそれぞれは、前記配向規制突起として機能する前記第1または第2の柱状スペーサであり、前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域以外に設けられたさらなる柱状スペーサを有しない。
ある実施形態において、前記第2の柱状スペーサは、前記第1の柱状スペーサよりも約0.5μm低い。
本発明の実施形態による他の液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有する第1基板と、前記画素電極に対向するように設けられた対向電極を有する第2基板と、前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備え、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、軸対称配向を呈する少なくとも1つの液晶ドメインが形成される液晶表示装置であって、前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタをさらに有し、前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられ、前記少なくとも1つの液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起と、複数の柱状スペーサとをさらに有し、前記複数の柱状スペーサは、第1の柱状スペーサと、前記第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサとを含み、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素において、前記第2の柱状スペーサは、前記配向規制突起として機能し、前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記少なくとも1つの液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの液晶ドメインは、複数の液晶ドメインであり、前記画素電極は、前記複数の液晶ドメインに対応した複数のサブ画素電極を有する。
ある実施形態において、前記第1基板は、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁膜をさらに有し、前記層間絶縁膜には、前記画素電極を前記薄膜トランジスタに電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている。
ある実施形態において、前記第2基板は、遮光層をさらに有し、前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記コンタクトホールに重なる第1遮光部と、前記薄膜トランジスタに重なる第2遮光部とを含む。
ある実施形態において、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第2の柱状スペーサは、前記複数の液晶ドメインのうちの少なくとも一部の液晶ドメインに対応する前記配向規制突起として機能する。
ある実施形態において、前記複数の画素は、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する画素を含む。
ある実施形態において、前記少なくとも1つの液晶ドメインは、1つの液晶ドメインである。
ある実施形態において、前記第2基板は、遮光層をさらに有し、前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記薄膜トランジスタに重なる遮光部を含む。
ある実施形態において、前記複数の画素のうちの一部の画素において、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能し、残りの画素において、前記第2の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する。
ある実施形態において、前記複数の柱状スペーサのそれぞれは、前記配向規制突起として機能する前記第1または第2の柱状スペーサであり、前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域以外に設けられたさらなる柱状スペーサを有しない。
ある実施形態において、前記複数の柱状スペーサの比誘電率は、前記液晶層の比誘電率より低い。
ある実施形態において、前記第1基板は、各画素行に属する画素の前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された信号配線をさらに有し、前記信号配線は、対応する画素行の各画素を横断するように蛇行している。
本発明の実施形態によれば、トレースむらの発生が抑制されたCPAモードの液晶表示装置が提供される。
本発明の実施形態における液晶表示装置100を模式的に示す平面図である。 (a)および(b)は、それぞれ図1中の2A−2A’線および2B−2B’線に沿った断面図である。 (a)は、本発明の実施形態における液晶表示装置100を模式的に示す平面図であり、(b)は図1中の2B−2B’線に沿った断面図である。 図1中の2B−2B’線に沿った断面図である。 比較例の液晶表示装置700を模式的に示す平面図である。 (a)および(b)は、それぞれ図5中の6A−6A’線および6B−6B’線に沿った断面図である。 比較例の液晶表示装置800を模式的に示す平面図である。 (a)および(b)は、それぞれ図7中の8A−8A’線および8B−8B’線に沿った断面図である。 (a)、(b)および(c)は、比較例の液晶表示装置800を例としてトレースむらの発生原理を示す図である。 (a)は、トレースむらが発生している白表示状態の顕微鏡写真であり、(b)は、トレースむらが発生している画素を拡大して示す図である。 本発明の実施形態における液晶表示装置100(実施例2の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す図である。 (a)および(b)は、本実施形態における液晶表示装置100(実施例2の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す図である。 (a)および(b)は、本実施形態における液晶表示装置100(実施例2の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例の液晶表示装置700(比較例1の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す図である。 (a)および(b)は、比較例の液晶表示装置700(比較例1の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す図である。 本実施形態における他の液晶表示装置100’を模式的に示す平面図である。 図16中の17A−17A’線に沿った断面図である。 図16中の17A−17A’線に沿った断面図である。 本発明の実施形態における他の液晶表示装置100’について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す図である。 (a)および(b)は、本実施形態における他の液晶表示装置100’について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す図である。 (a)および(b)は、本実施形態における他の液晶表示装置100’について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1、図2(a)および(b)に、本実施形態における液晶表示装置100を示す。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す平面図である。図2(a)および(b)は、それぞれ図1中の2A−2A’線および2B−2B’線に沿った断面図である。
液晶表示装置100は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。図1には、1つの画素に対応した領域が示されている。液晶表示装置100は、図2(a)および(b)に示すように、アクティブマトリクス基板(第1基板)10と、アクティブマトリクス基板10に対向する対向基板(第2基板)20と、アクティブマトリクス基板10および対向基板20の間に設けられた液晶層30とを有する。
アクティブマトリクス基板(第1基板)10は、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極11を有する。画素電極11は、典型的には透明な導電材料(例えばITO)から形成されている。画素電極11は、図1に示すように、複数のサブ画素電極11aを有する。本実施形態では、画素電極11は、切欠き部(スリット)11bによって2つのサブ画素電極11aに分割されている。
アクティブマトリクス基板10は、さらに、複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタ(TFT)12と、TFT12を覆う層間絶縁膜13とをさらに有する。TFT12は、ゲート電極12g、ソース電極12s、ドレイン電極12dおよび半導体層12aを有する。層間絶縁膜13には、画素電極11をTFT12に電気的に接続するためのコンタクトホール13aが形成されている。
上述した画素電極11、TFT12および層間絶縁膜13を含む、アクティブマトリクス基板10の構成要素は、絶縁性を有する透明基板(典型的にはガラス基板)10a上に設けられている。
具体的には、透明基板10aの液晶層30側の表面上に、TFT12のゲート電極12gに加え、走査配線GL、補助容量配線CsLおよび補助容量対向電極14が設けられている。走査配線GLは、TFT12のゲート電極12gに電気的に接続されており、TFT12に走査信号を供給する。補助容量配線CsLは、補助容量対向電極14に電気的に接続されており、補助容量対向電極14に補助容量対向電圧を供給する。
ゲート電極12gや走査配線GLなどを覆うように、ゲート絶縁膜15が形成されている。ゲート絶縁膜15上には、TFT12のソース電極12sおよびドレイン電極12dに加え、信号配線SLおよび補助容量電極16が設けられている。なお、ゲート絶縁膜15の、ゲート電極12gに対向する領域上には、TFT12の半導体層12aが設けられている(図2(b)では不図示)。信号配線SLは、TFT12のソース電極12sに電気的に接続されており、TFT12に表示信号を供給する。補助容量電極16は、TFT12のドレイン電極12dに電気的に接続されている。
TFT12のソース電極12sおよびドレイン電極12dや、信号配線SLなどを覆うように、層間絶縁膜13が形成されている。層間絶縁膜13上に、画素電極11が形成されている。画素電極11は、コンタクトホール13aにおいて、補助容量電極16に接続されており、補助容量電極16を介して、TFT12のドレイン電極12dに電気的に接続されている。
対向基板20は、画素電極11に対向するように設けられた対向電極21を有する。対向電極21は、透明な導電材料(例えばITO)から形成されている。画素電極11が画素ごとに独立に設けられているのに対し、対向電極21は、典型的には、表示領域全体にわたって連続した1つの導電膜であり、すべての画素に共通する電極(共通電極)である。
また、対向基板20は、カラーフィルタ層22と、遮光層23とを有する。カラーフィルタ層22は、赤を表示する画素に対応して設けられた赤カラーフィルタ22R、緑を表示する画素に対応して設けられた緑カラーフィルタ22Gおよび青を表示する画素に対応して設けられた青カラーフィルタ22Bを含む。遮光層23(図1ではその外縁が破線で示されている)は、表示面法線方向から見たときに、コンタクトホール13aに重なるコンタクトホール遮光部23aと、TFT12に重なるTFT遮光部23bとを含む。
対向基板20は、さらに、複数の柱状スペーサ24を有する。複数の柱状スぺーサ24は、例えば、感光性樹脂から形成されている。複数の柱状スペーサ24は、図1などには示されていない第1の柱状スペーサ(メインスペーサ)と、第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサ(サブスペーサ)24sとを含む。
一般に、柱状スペーサを用いる方式の液晶表示装置では、耐荷重特性を向上するために柱状スペーサの密度(単位面積当たりの柱状スペーサの数)を高くすると、低温において液晶層が収縮したときに、セルギャップが液晶層の収縮に追従しにくいので、液晶層内で発泡が生じてしまうという問題(「低温発泡」と呼ばれる)がある。本実施形態のように、高さの異なる2種類の柱状スペーサ24を設け、基本的にはメインスペーサ(高い方の柱状スペーサ)のみでセルギャップを制御すると、実効的なスペーサ密度はメインスペーサのみで規定されるので、セルギャップを液晶層30の収縮に追従させやすい。また、液晶パネルに荷重が加わってセルギャップが狭くなったときには、メインスペーサとサブスペーサ(低い方の柱状スペーサ)24sの両方で両基板が支持される(このときの実効的なスペーサ密度はメインスペーサおよびサブスペーサ24sの両方で規定される)ので、高い耐荷重特性を実現できる。このように、高さの異なる2種類の柱状スペーサ24を設けることによって、低温発泡の抑制と、耐荷重特性の向上とを図ることができる。
上述した対向電極21やカラーフィルタ層22などの、対向基板20の構成要素は、絶縁性を有する透明基板(典型的にはガラス基板)20a上に設けられている。具体的には、透明基板20aの液晶層30側の表面上に、カラーフィルタ層22および遮光層23が形成されており、それらの上に対向電極21が設けられている。そして、対向電極21上に、複数の柱状スペーサ24が形成されている。
液晶層30は、垂直配向型の液晶層である。つまり、液晶層30に含まれる液晶分子31は、負の誘電異方性を有し、画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されていない状態において、図2(b)に示すように、基板面に対して略垂直に(典型的にはプレチルト角は85°以上である)配向する。なお、ここでは図示していないが、アクティブマトリクス基板10および対向基板20の液晶層30側の表面には、垂直配向膜が設けられている。
液晶表示装置100では、各画素において、画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されたときに、図3(a)および(b)に示すように、軸対称配向を呈する複数の液晶ドメインが形成される。複数の(ここでは2つの)液晶ドメインは、複数の(ここでは2つの)サブ画素電極11aに対応して形成される。各液晶ドメインの形成は、電圧印加時に各サブ画素電極11aのエッジ近傍に生成される斜め電界(エッジに対して直交する方向に液晶分子31を倒すように作用する)の配向規制力によって行われる。
本実施形態では、画素電極11の短手方向に沿った長さL(図3(a)参照)が、所定の範囲に設定されている。画素電極11の短手方向に沿った長さLは、具体的には、35μm以下である。
また、液晶表示装置100では、複数の柱状スペーサ24のそれぞれが、各液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられており、各液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起として機能する。そのため、各液晶ドメインの軸対称配向が、配向規制突起である複数の柱状スペーサ24の配向規制力(その表面のアンカリング効果)によって安定化される。図1などに示した画素では、2つのサブスペーサ24sのそれぞれが配向規制突起として機能する。
なお、柱状スペーサ24の比誘電率は、液晶層30の(つまり液晶層30を構成する液晶材料の)比誘電率より低いことが好ましい。これは、柱状スペーサ24の側面形状によって規定される液晶分子31の傾斜方向と、液晶層30への電圧印加時の電界が液晶分子31を傾斜させようとする方向とが逆にならないようにするためである。
なお、液晶表示装置100の複数の画素は、メインスペーサが配向規制突起として機能する画素も含んでいる。例えば、図4に示す画素では、2つの柱状スペーサ24のうちの一方がサブスペーサ24sであり、他方はメインスペーサ24mである。サブスペーサ24sの高さHsは、メインスペーサ24mの高さHmよりも低い。なお、メインスペーサ24mおよびサブスペーサ24sの高さHsおよびHmは、ある基準面(ここでは対向電極21の表面によって規定される基準面からメインスペーサ24m、サブスペーサ24sの頂部までの高さ(距離)を指す。
複数の柱状スペーサ24の配置密度を面積ベースで表すと、例えば、メインスペーサ24mの配置密度が0.14%〜0.20%であるのに対し、サブスペーサ24sの配置密度が0.90%〜10.0%である。そのため、多くの画素では、2つの柱状スペーサ24の両方がサブスペーサ24sであり、一部の画素では、2つの柱状スペーサ24のうちの一方がサブスペーサ24s、他方がメインスペーサ24mである。従って、各画素において、サブスペーサ24sは、複数の液晶ドメインのうちの少なくとも一部の液晶ドメインに対応する配向規制突起として機能する。
本実施形態では、サブスペーサ24sの高さHsは、メインスペーサ24mの高さHmに対して所定の範囲に設定されている。サブスペーサ24sの高さHsは、具体的には、メインスペーサ24mの高さHmの75%以上92%以下である(つまり0.75Hm≦Hs≦0.92Hmである)。例えば、メインスペーサ24mの高さHmが3.6μmである場合(つまり液晶層30の厚さ(セルギャップ)が3.6μmである場合)、サブスペーサ24sの高さHsは、約2.7μm以上約3.3μm以下である。また、メインスペーサ24mの高さHmが3.1μmである場合(つまり液晶層30の厚さ(セルギャップ)が3.1μmである場合)、サブスペーサ24sの高さHsは、約2.3μm以上約2.9μm以下である。
また、本実施形態では、コンタクトホール13aは、表示面法線方向から見たときに、複数の液晶ドメインのうちのある液晶ドメイン(ここでは2つの液晶ドメインのうちの一方)に対応した配向規制突起(サブスペーサ24s)に重なるように設けられている。さらに、TFT12は、表示面法線方向から見たときに、複数の液晶ドメインのうちの別のある液晶ドメイン(ここでは2つの液晶ドメインのうちの他方)に対応した配向規制突起(サブスペーサ24sまたはメインスペーサ24m)に重なるように設けられている。
本実施形態における液晶表示装置100では、上述した構成により、トレースむらの発生が抑制される。以下、この理由を、図5および図6に示す比較例の液晶表示装置700と図7および図8に示す比較例の液晶表示装置800も参照しながら説明する。
図5は、比較例の液晶表示装置700を模式的に示す平面図であり、図6(a)および(b)は、それぞれ図5中の6A−6A’線および6B−6B’線に沿った断面図である。また、図7は、比較例の液晶表示装置800を模式的に示す平面図であり、図8(a)および(b)は、それぞれ図7中の8A−8A’線および8B−8B’線に沿った断面図である。
図5および図6に示す比較例の液晶表示装置700は、対向基板20が、各液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられた配向規制突起を有していない点において、本実施形態における液晶表示装置100と異なっている。液晶表示装置700の対向基板20は、複数の柱状スペーサ724を有しているが、これらの柱状スペーサ724は、画素電極11に重ならないような位置に設けられており、各液晶ドメインの略中央に対応する領域には設けられていない。
液晶表示装置700では、対向電極21に形成された開口部21aが、各液晶ドメインの略中央に対応する領域に位置しており、配向規制構造として機能する。画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されると、開口部21のエッジ近傍に斜め電界が生成され、この斜め電界の配向規制力により、液晶ドメインの軸対称配向が安定化される。
図7および図8に示す比較例の液晶表示装置800では、対向基板20は、各液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられた配向規制突起825を有する。ただし、液晶表示装置800における配向規制突起825は、その高さHpが低く、メインスペーサやサブスペーサとしては機能しない。以下では、メインスペーサやサブスペーサとして機能しない配向規制突起825を「リベット」とも呼ぶ。
液晶表示装置800では、リベット825の配向規制力(その表面のアンカリング効果)により、液晶ドメインの軸対称配向が安定化される。液晶層30の厚さが3〜4μm程度である場合、リベット825の高さHpは、例えば1.4μm程度である。
このように、比較例の液晶表示装置700および800においては、それぞれ対向電極21の開口部21aおよびリベット825が、配向規制構造として設けられている。しかしながら、近年普及し始めているスマートフォンやタブレット型表示デバイスのように、液晶表示装置700および800の表面に意図的に応力を加えるような使い方がなされる場合、対向電極21の開口部21aやリベット825では液晶ドメイン内の液晶分子31に十分な配向規制力を及ぼすことができず、軸対称配向を十分に安定化させることができない。そのため、トレースむらが発生してしまう。
トレースむらは、液晶層30に電圧が印加されている状態において発生する。垂直配向型の液晶層30では、電圧無印加状態では液晶分子31は垂直方向に整然と並んでいるので、パネル表面が指などで押圧されて配向が多少乱れても、比較的すぐに元の配向状態に戻る。これに対し、液晶層30に電圧を印加して液晶分子31の配向方向を制御しているときは、配向が不安定な状態であるので、パネル表面が指などで押圧されて配向が乱れると、その乱れが応力の印加をやめても解消しないことがある。この現象が、トレースむらである。トレースむらは、液晶層30への印加電圧が高いほど顕著になる。
トレースむらの発生原理を、比較例の液晶表示装置800を例として図9(a)、(b)および(c)に示す。図9(a)は、白表示時の配向状態を示し、図9(b)は、黒表示時の配向状態を示している。図9(c)は、白表示時のトレースむらが発生している配向状態を示している。また、図9(a)、(b)および(c)には、液晶パネルの外側に配置された一対の偏光板40aおよび40bと、液晶パネルの背面側に配置されたバックライト50とが示されている。
図9(a)に示すように、バックライト50から出射した光が、背面側の偏光板40aを介して液晶パネルに入射し、軸対称配向状態の液晶層30を通過して変調された後、観察者側の偏光板40bから出射することにより、白表示が行われる。
また、図9(b)に示すように、背面側の偏光板40aを介して液晶パネルに入射した光が垂直配向状態の液晶層30を通過すると、光の変調はほとんど行われないので、観察者側の偏光板40bから光は出射しない。このことにより、黒表示が行われる。
トレースむらが発生している場合、画素内の液晶層30の一部では、図9(c)に示しているように、液晶分子31が配向規制突起(配向規制構造)825の配向規制力とは整合しない方向に配向したままとなっている。このような領域(図9(c)中の領域TR)では、光透過率が他の領域と異なるので、表示のむらが視認されてしまう。
図10(a)に、トレースむらが発生している白表示状態の顕微鏡写真(偏光板40aおよび40bは直線偏光板である)を示す。例えば図10(a)中の領域R1において、透過率のばらつきがむらとして表れている。また、図10(b)に、トレースむらが発生している画素を拡大して示す。図10(b)には、液晶分子31の配向方向を併せて示している。トレースむらが発生している領域TRにおいては、液晶分子31が液晶ドメインの軸対称配向とはそぐわない方向に配向していることがわかる。
このように、比較例の液晶表示装置700および800においては、対向電極21の開口部21aやリベット825の配向規制力が十分に強くないために、トレースむらが発生してしまう。
本実施形態における液晶表示装置100では、既に述べたように、各画素において、配向規制突起として機能するサブスペーサ24s(一部の液晶ドメインについてはメインスペーサ24m)によって、軸対称配向が安定化される。サブスペーサ24s(およびメインスペーサ24m)は、比較例の液晶表示装置800が有するようなリベット825よりも高く形成されているので、当然ながら、配向規制力を及ぼす液晶分子31の数がリベット825よりも多い。つまり、液晶表示装置100のサブスペーサ24sは、十分に強い配向規制力を有し得る。そのため、本実施形態における液晶表示装置100では、軸対称配向を十分に安定化させることができ、トレースむらの発生を抑制することができる。
また、本実施形態における液晶表示装置100では、サブスペーサ24s(あるいはメインスペーサ24m)を配向規制突起として用いるので、対向基板20を製造する際、配向規制突起を形成するための余分な工程を設ける必要がない。また、PSA技術を用いる必要がないので、液晶パネルの製造時に配向維持層を形成するための工程(PSA処理)を実行する必要がなく、PSA処理に伴う製造コストの増加や製造に要する時間の増加もなくすことができる。
十分な配向規制力を発現させる観点からは、サブスペーサ24sの高さHsは、メインスペーサ24mの高さHmの75%以上であることが好ましい。また、サブスペーサ24sとして好適に機能するためには、サブスペーサ24sの高さHsは、メインスペーサ24mの高さHmの92%以下であることが好ましい。そのため、サブスペーサ24sの高さHsは、本実施形態のように、メインスペーサ24mの高さHmの75%以上92%以下であることが好ましい。
また、メインスペーサ24mおよびサブスペーサ24sの両方を感光性樹脂から形成する場合、製造時の諸条件のばらつきから、その高さHm、Hsが最大で±0.2μm程度設計値からずれる可能性がある。そのため、メインスペーサ24mの高さHmおよびサブスペーサ24sの高さHsの設計値の差を0.4μm以上確保することが好ましく、この点を考慮しつつ、十分な配向規制力を発現させる観点からは、サブスペーサ24sは、例えばメインスペーサ24mよりも約0.5μm低いことが好ましいといえる。
さらに、画素電極11の短手方向に沿った長さLは、本実施形態のように、35μm以下であることが好ましい。画素電極11の短手方向に沿った長さLが35μm以下であるような比較的小さい画素においては、配向規制突起である柱状スペーサ24による配向規制力が液晶ドメインの多くの部分に及びやすくなるので、トレースむらの発生を一層確実に抑制することができる。
また、以下の理由から、TFT12は、表示面法線方向から見たときに、配向規制突起である柱状スペーサ24に重なるように設けられていることが好ましい。柱状スペーサ24近傍では、電圧無印加状態においても液晶分子31がその表面に対して略垂直に配向しているので、光漏れが発生してコントラスト比が低下することがある。そのため、柱状スペーサ24が設けられている領域は遮光されていることが好ましい。TFT12が配向規制突起である柱状スペーサ24に重なるように設けられていることにより、TFT12を遮光するためのTFT遮光部23bによって、柱状スペーサ24が設けられている領域も遮光することができる。そのため、画素全体で表示に寄与する領域の割合(開口率)を高くすることができ、明るい表示を実現することができる。
同様の理由から、コンタクトホール13aは、表示面法線方向から見たときに、配向規制突起である柱状スペーサ24に重なるように設けられていることが好ましい。コンタクトホール13aが配向規制突起である柱状スペーサ24に重なるように設けられていることにより、コンタクトホール13aを遮光するためのコンタクトホール遮光部23aによって、柱状スペーサ24が設けられている領域も遮光することができる。そのため、画素全体で表示に寄与する領域の割合(開口率)を高くすることができ、明るい表示を実現することができる。
ここで、本実施形態の液晶表示装置100を実際に試作し(実施例1〜6)、低温発泡およびトレースむらの発生の有無を評価した結果を説明する。比較のため、比較例の液晶表示装置700および800についても試作し(それぞれ比較例1および比較例2〜6)、同様の評価を行った結果も併せて説明する。
下記表1に、実施例1〜6および比較例1〜6について、メインスペーサ24mの高さ(液晶層30の厚さ)、配向規制構造の種類、配向規制構造の高さ、配向規制構造の高さのメインスぺーサ24mの高さに対する割合、配向規制構造のサイズ、メインスペーサ24mの配置密度、画素サイズ(垂直方向および水平方向)を示す。また、下記表2に、実施例1〜6および比較例1〜6について、白電圧、黒電圧、PSA処理の有無、低温発泡の発生の評価結果、トレースむらの発生の評価結果を示す。
低温発泡の評価は、その機種の保存温度仕様の下限値の温度で、10cmの高さからパチンコ玉を1回落下させてその直後に液晶パネルを観察することにより行った。「○」は、低温発泡の発生が抑制されていたことを示している。
また、トレースむらの評価は、白表示状態の画面表面を指で強くなぞり、押し跡が消失するか否かを判定基準として行った。「○」は、トレースむらの発生が抑制されていたことを示し、「×」は、トレースむらが発生したことを示している。「△」は、トレースむらの発生が基本的には抑制されるものの、トレースむらに対するマージンが小さかったこと、つまり、液晶パネルの製造時の仕様のばらつきによってはトレースむらが発生したことを示している。
Figure 0005890847
Figure 0005890847
表1および表2からわかるように、実施例1〜6および比較例1〜6のいずれについても、低温発泡の発生は抑制されている。しかしながら、配向規制構造として対向電極21の開口部21aが設けられている比較例1や、配向規制構造としてリベット825が設けられている比較例4〜6では、トレースむらが発生した。比較例2および3では、配向規制構造として設けられているのがリベット825であるにも関わらず、トレースむらの発生が抑制されているが、これは、比較例2および3では、PSA処理が行われていたからである。
これに対し、配向規制構造としてサブスペーサ24sが設けられている実施例1〜6では、PSA処理が行われていないにも関わらず、トレースむらの発生が抑制されている。また、実施例1〜6のいずれについても、サブスペーサ24sの高さHsは、メインスペーサ24mの高さHmに対して75%以上92%以下の範囲内にある。このことから、サブスペーサ24sの高さHsが、メインスペーサ24mの高さHmの75%以上92%以下であることが好ましいことがわかる。さらに、画素電極11の短手方向に沿った長さLが35μmを超える実施例6では、トレースむらに対するマージンが小さかったのに対し、画素電極11の短手方向に沿った長さLが35μm以下である実施例1〜5では、そのような問題がなかった。このことから、画素電極11の短手方向に沿った長さLが35μm以下であることが好ましいことがわかる。
図11に、本実施形態における液晶表示装置100(実施例2の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す。また、図12および図13に、本実施形態における液晶表示装置100(実施例2の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す。図12(a)および(b)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として円偏光板が設けられている場合に対応し、図13(a)および(b)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として直線偏光板が設けられている場合に対応する。また、図12(a)および図13(a)は、液晶層30に3.5Vの電圧が印加されている場合に対応し、図12(b)および図13(b)は、液晶層30に5Vの電圧が印加されている場合に対応する。
図11、図12(a)、(b)、図13(a)および(b)から、ほとんど乱れのない安定な軸対称配向の液晶ドメインが柱状スペーサ24(サブスペーサ24s)を中心として形成されていることがわかる。
図14に、比較例の液晶表示装置700(比較例1の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す。また、図15(a)および(b)に、比較例の液晶表示装置700(比較例1の仕様)について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す。図15(a)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として円偏光板が設けられている場合に対応し、図15(b)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として直線偏光板が設けられている場合に対応する。また、図15(a)および(b)は、液晶層30に5Vの電圧が印加されている場合に対応する。
図14、図15(a)および(b)から、液晶ドメインが形成されているものの、指押しによる配向乱れが画素電極11の切欠き部11bとコンタクトホール13aとの間で発生していることがわかる。また、サブ画素電極11a同士を接続する部分(ブリッジ)上に位置する右側の柱状スペーサ24(サブスペーサ24s)近傍でも配向乱れが発生していることがわかる。
なお、上記の実施形態では、画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されたときに、各画素において複数の液晶ドメインが形成される場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図16および図17に、本実施形態における他の液晶表示装置100’を示す。図16は、液晶表示装置100’を模式的に示す平面図である。図17は、図16中の17A−17A’線に沿った断面図である。
液晶表示装置100’では、図16および図17に示すように、画素電極11には切欠き部は形成されておらず、画素電極11は複数のサブ画素電極に分割されてはいない。対向基板20の、画素電極11の略中心に対応する領域には、柱状スペーサ24(図16および図17に示す画素ではサブスペーサ24s)が設けられている。
液晶表示装置100’では、画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されたときに、図17に示すように、各画素において1つの液晶ドメインが形成される。この液晶ドメインの軸対称配向は、配向規制突起として機能する柱状スペーサ24によって安定化される。
なお、液晶表示装置100’の複数の画素は、図18に示すような、メインスペーサ24mが配向規制突起として機能する画素も含んでいる。つまり、複数の画素のうちの一部の画素において、メインスペーサ24mが配向規制突起として機能し、残りの画素において、サブスペーサ24sが配向規制突起として機能する。
図16〜図18に示す液晶表示装置100’においても、配向規制突起として機能するサブスペーサ24s(あるいはメインスペーサ24m)によって、軸対称配向が安定化されるので、トレースむらの発生を抑制することができる。
なお、液晶表示装置100について説明したのと同様の理由から、TFT12は、図16に示しているように、表示面法線方向から見たときに、配向規制突起である柱状スペーサ24に重なるように設けられていることが好ましい。
図19に、液晶表示装置100’について、液晶層30に電圧が印加されている状態における液晶分子31の配向をシミュレーションした結果を示す。また、図20および図21に、液晶表示装置100’について、液晶層30に電圧が印加されている状態における画素の透過率をシミュレーションした結果を示す。図20(a)および(b)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として円偏光板が設けられている場合に対応し、図21(a)および(b)は、液晶パネルの外側に設けられる一対の偏光板として直線偏光板が設けられている場合に対応する。また、図20(a)および図21(a)は、液晶層30に3.5Vの電圧が印加されている場合に対応し、図20(b)および図21(b)は、液晶層30に5Vの電圧が印加されている場合に対応する。
図19、図20(a)、(b)、図21(a)および(b)から、ほとんど乱れのない安定な軸対称配向の液晶ドメインが柱状スペーサ24(サブスペーサ24s)を中心として形成されていることがわかる。
なお、上述した液晶表示装置100および100’のいずれについても、対向基板20は、各液晶ドメインの略中央に対応する領域以外に設けられたさらなる柱状スペーサを有しないことが好ましい。そのような領域にさらなる柱状スペーサが設けられていると、さらなる柱状スペーサの近傍において、図14、図15(a)および(b)を参照しながら説明したのと同様の配向乱れが発生することがあるからである。
さらに、以下の理由から、アクティブマトリクス基板10の信号配線SLは、図1などに示したように、対応する画素行の各画素を横断するように蛇行したジグザグ形状を有することが好ましい。この場合、信号配線SLは、画素を横断する横断部の上側および下側に、画素電極11の右側に位置する部分と、画素電極11の左側に位置する部分とを有することになる。
画素電極11と信号配線SLとの間には寄生容量(ソース・ドレイン間容量)Csdが存在するため、各画素で1フレームの間保持されるべき画素電極11の電位は、信号配線SLに供給される表示信号の振幅により変動する。一般に、レンズスキャン露光やステッパー露光などにより、製造工程においてパターン形成を行うが、パターン形成精度(配置精度)のばらつきにより、パネル面内において画素電極11間に配置される信号配線SLの位置ずれが発生する。液晶層30への印加電圧の極性が、行方向に沿って隣接する画素間で反転するような駆動(例えばドット反転駆動)を採用する場合、この位置ずれによる寄生容量差が、画素の保持電位差となってむらとして視認されることがある。
ある画素の画素電極11に表示信号を供給するための信号配線SLを「自ソース」と呼び、その画素に行方向に沿って隣接する画素の画素電極11に表示信号を供給するための信号配線SLを「他ソース」と呼ぶとき、画素電極11の電位は、自ソースの電圧変化だけでなく、他ソースの電圧変化の影響も受ける。
図1などに示したように、信号配線SLがジグザグ形状を有していると、信号配線SLと画素電極11とのアライメントが左右方向のどちらかに偏ったとしても、自ソース・ドレイン間容量と他ソース・ドレイン間容量とで増減方向が一致する(自ソース・ドレイン間容量が増えた場合には他ソース・ドレイン間容量も増える)ので、寄生容量のばらつきが相殺される。そのため、通常使用される表示においては、表示むらの発生を抑制することができる。
また、電圧印加時に各画素において形成される液晶ドメインの数は、上記の説明で例示した1つまたは2つに限定されるものではない。3つ以上の液晶ドメインが各画素において形成されてもよい。さらに、複数の液晶ドメインが形成される場合、画素電極11は、切欠き部11bではなく、開口部によって分割されていてもよい。
本発明の実施形態によれば、トレースむらの発生が抑制されたCPAモードの液晶表示装置が提供される。本発明による液晶表示装置は、トレースむらの発生が抑制されるので、スマートフォンやタブレット型表示デバイスの表示部に好適に用いられる。
10 アクティブマトリクス基板(第1基板)
10a、20a 透明基板
11 画素電極
11a サブ画素電極
11b 切欠き部(スリット)
12 薄膜トランジスタ(TFT)
12g ゲート電極
12s ソース電極
12d ドレイン電極
12a 半導体層
13 層間絶縁膜
13a コンタクトホール
14 補助容量対向電極
15 ゲート絶縁膜
16 補助容量電極
20 対向基板(第2基板)
21 対向電極
22 カラーフィルタ層
22R 赤カラーフィルタ
22G 緑カラーフィルタ
22B 青カラーフィルタ
23 遮光層
23a コンタクトホール遮光部
23b TFT遮光部
24 柱状スペーサ
24m メインスペーサ
24s サブスペーサ
30 液晶層
31 液晶分子
GL 走査配線
SL 信号配線
CsL 補助容量配線
100、100’ 液晶表示装置

Claims (22)

  1. マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有する第1基板と、
    前記画素電極に対向するように設けられた対向電極を有する第2基板と、
    前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備え、
    前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、軸対称配向を呈する少なくとも1つの液晶ドメインが形成される液晶表示装置であって、
    前記第2基板は、複数の柱状スペーサを有し、
    前記複数の柱状スペーサは、第1の柱状スペーサと、前記第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサとを含み、
    前記画素電極の短手方向に沿った長さは、35μm以下であり、
    前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素において、前記第2の柱状スペーサは、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられ、前記少なくとも1つの液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起として機能し、
    前記第2の柱状スペーサの高さは、前記第1の柱状スペーサの高さの75%以上92%以下であり、
    前記少なくとも1つの液晶ドメインは、複数の液晶ドメインであり、
    前記画素電極は、前記複数の液晶ドメインに対応した複数のサブ画素電極を有し、
    前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁膜とをさらに有し、
    前記層間絶縁膜には、前記画素電極を前記薄膜トランジスタに電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されており、
    前記コンタクトホールは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている液晶表示装置。
  2. 前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちの別のある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第2基板は、遮光層をさらに有し、
    前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記コンタクトホールに重なる第1遮光部と、前記薄膜トランジスタに重なる第2遮光部とを含む請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第2の柱状スペーサは、前記複数の液晶ドメインのうちの少なくとも一部の液晶ドメインに対応する前記配向規制突起として機能する請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記複数の画素は、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する画素を含む請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有する第1基板と、
    前記画素電極に対向するように設けられた対向電極を有する第2基板と、
    前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備え、
    前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、軸対称配向を呈する少なくとも1つの液晶ドメインが形成される液晶表示装置であって、
    前記第2基板は、複数の柱状スペーサを有し、
    前記複数の柱状スペーサは、第1の柱状スペーサと、前記第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサとを含み、
    前記画素電極の短手方向に沿った長さは、35μm以下であり、
    前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素において、前記第2の柱状スペーサは、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられ、前記少なくとも1つの液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起として機能し、
    前記第2の柱状スペーサの高さは、前記第1の柱状スペーサの高さの75%以上92%以下であり、
    前記少なくとも1つの液晶ドメインは、1つの液晶ドメインであり、
    前記複数の画素のうちの一部の画素において、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能し、残りの画素において、前記第2の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する液晶表示装置。
  7. 前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタをさらに有し、
    前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記配向規制突起に重なるように設けられている請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第2基板は、遮光層をさらに有し、
    前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記薄膜トランジスタに重なる遮光部を含む請求項7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記複数の柱状スペーサのそれぞれは、前記配向規制突起として機能する前記第1または第2の柱状スペーサであり、
    前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域以外に設けられたさらなる柱状スペーサを有しない請求項1から8のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 前記第2の柱状スペーサは、前記第1の柱状スペーサよりも約0.5μm低い請求項1から9のいずれかに記載の液晶表示装置。
  11. マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有する第1基板と、
    前記画素電極に対向するように設けられた対向電極を有する第2基板と、
    前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備え、
    前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、軸対称配向を呈する少なくとも1つの液晶ドメインが形成される液晶表示装置であって、
    前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタをさらに有し、
    前記第2基板は、複数の柱状スペーサを有し、
    前記複数の柱状スペーサは、第1の柱状スペーサと、前記第1の柱状スペーサよりも低い第2の柱状スペーサとを含み、
    前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素において、前記第2の柱状スペーサは、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域に設けられ、前記少なくとも1つの液晶ドメイン内の液晶分子を軸対称配向させる配向規制突起として機能し、
    前記薄膜トランジスタは、表示面法線方向から見たときに、前記少なくとも1つの液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている液晶表示装置。
  12. 前記少なくとも1つの液晶ドメインは、複数の液晶ドメインであり、
    前記画素電極は、前記複数の液晶ドメインに対応した複数のサブ画素電極を有する請求項11に記載の液晶表示装置。
  13. 前記第1基板は、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁膜をさらに有し、
    前記層間絶縁膜には、前記画素電極を前記薄膜トランジスタに電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されており、
    前記コンタクトホールは、表示面法線方向から見たときに、前記複数の液晶ドメインのうちのある液晶ドメインに対応した前記配向規制突起に重なるように設けられている請求項12に記載の液晶表示装置。
  14. 前記第2基板は、遮光層をさらに有し、
    前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記コンタクトホールに重なる第1遮光部と、前記薄膜トランジスタに重なる第2遮光部とを含む請求項13に記載の液晶表示装置。
  15. 前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記第2の柱状スペーサは、前記複数の液晶ドメインのうちの少なくとも一部の液晶ドメインに対応する前記配向規制突起として機能する請求項12から14のいずれかに記載の液晶表示装置。
  16. 前記複数の画素は、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する画素を含む請求項15に記載の液晶表示装置。
  17. 前記少なくとも1つの液晶ドメインは、1つの液晶ドメインである請求項11に記載の液晶表示装置。
  18. 前記第2基板は、遮光層をさらに有し、
    前記遮光層は、表示面法線方向から見たときに、前記薄膜トランジスタに重なる遮光部を含む請求項17に記載の液晶表示装置。
  19. 前記複数の画素のうちの一部の画素において、前記第1の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能し、残りの画素において、前記第2の柱状スペーサが前記配向規制突起として機能する請求項17または18に記載の液晶表示装置。
  20. 前記複数の柱状スペーサのそれぞれは、前記配向規制突起として機能する前記第1または第2の柱状スペーサであり、
    前記第2基板は、前記少なくとも1つの液晶ドメインの略中央に対応する領域以外に設けられたさらなる柱状スペーサを有しない請求項11から19のいずれかに記載の液晶表示装置。
  21. 前記複数の柱状スペーサの比誘電率は、前記液晶層の比誘電率より低い請求項1から20のいずれかに記載の液晶表示装置。
  22. 前記第1基板は、各画素行に属する画素の前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された信号配線をさらに有し、前記信号配線は、対応する画素行の各画素を横断するように蛇行している請求項1から21のいずれかに記載の液晶表示装置。
JP2013553320A 2012-01-13 2013-01-11 液晶表示装置 Expired - Fee Related JP5890847B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013553320A JP5890847B2 (ja) 2012-01-13 2013-01-11 液晶表示装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012005670 2012-01-13
JP2012005670 2012-01-13
PCT/JP2013/050366 WO2013105627A1 (ja) 2012-01-13 2013-01-11 液晶表示装置
JP2013553320A JP5890847B2 (ja) 2012-01-13 2013-01-11 液晶表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013105627A1 JPWO2013105627A1 (ja) 2015-05-11
JP5890847B2 true JP5890847B2 (ja) 2016-03-22

Family

ID=48781569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013553320A Expired - Fee Related JP5890847B2 (ja) 2012-01-13 2013-01-11 液晶表示装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140347614A1 (ja)
JP (1) JP5890847B2 (ja)
CN (1) CN104040415B (ja)
WO (1) WO2013105627A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150068528A (ko) * 2013-12-11 2015-06-22 삼성디스플레이 주식회사 액정 렌즈 및 이를 포함하는 표시 장치
CN106707629A (zh) * 2015-11-18 2017-05-24 深圳超多维光电子有限公司 液晶空盒及制作方法、应用该液晶空盒的液晶透镜
JP6775404B2 (ja) * 2016-12-15 2020-10-28 三菱電機株式会社 液晶表示装置
JP2019191261A (ja) * 2018-04-19 2019-10-31 三菱電機株式会社 液晶表示装置
CN110221473A (zh) * 2019-05-06 2019-09-10 惠科股份有限公司 彩膜基板及其制作方法和显示装置
CN117642693A (zh) * 2022-06-30 2024-03-01 京东方科技集团股份有限公司 液晶光控面板及显示装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3601788B2 (ja) * 2000-10-31 2004-12-15 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP2003075808A (ja) * 2001-01-09 2003-03-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示装置及びその製造方法
JP3642489B2 (ja) * 2003-06-11 2005-04-27 シャープ株式会社 液晶表示装置
US7480022B2 (en) * 2003-12-10 2009-01-20 Seiko Epson Corporation Liquid crystal display device, method of manufacturing liquid crystal display device, and electronic apparatus
JP4679067B2 (ja) * 2004-04-23 2011-04-27 富士通株式会社 液晶表示装置
US8068200B2 (en) * 2004-12-24 2011-11-29 Casio Computer Co., Ltd. Vertical alignment liquid crystal display device in which a pixel electrode has slits which divide the pixel electrode into electrode portions
JP4440150B2 (ja) * 2005-03-16 2010-03-24 シャープ株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
US7978298B2 (en) * 2006-03-23 2011-07-12 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device
JP2009036937A (ja) * 2007-08-01 2009-02-19 Hitachi Displays Ltd 液晶表示装置およびその製造方法
CN101802699A (zh) * 2007-11-16 2010-08-11 夏普株式会社 液晶显示装置
US8665195B2 (en) * 2009-01-09 2014-03-04 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device
JP2010197795A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Toppan Printing Co Ltd カラーフィルタ基板及びそれを用いた液晶表示装置
WO2011096390A1 (ja) * 2010-02-04 2011-08-11 シャープ株式会社 液晶表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104040415B (zh) 2017-07-14
CN104040415A (zh) 2014-09-10
US20140347614A1 (en) 2014-11-27
WO2013105627A1 (ja) 2013-07-18
JPWO2013105627A1 (ja) 2015-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5890847B2 (ja) 液晶表示装置
JP5425485B2 (ja) 液晶表示装置
US10288955B2 (en) Liquid crystal display device
US9395583B2 (en) Column spacer design for a display incorporating a third metal layer
JP6116220B2 (ja) 液晶表示パネル
WO2012147722A1 (ja) 液晶表示装置
US10895787B2 (en) Liquid crystal panel
JP3758652B2 (ja) 液晶表示装置および電子機器
JP2010169714A (ja) 液晶表示装置および電子機器
JP2015210526A (ja) 液晶表示装置
TW201714003A (zh) 顯示面板及電子裝置
JP5173025B2 (ja) 液晶表示装置
JP2006023458A (ja) 液晶表示装置および電子機器
JP5173026B2 (ja) 液晶表示装置
KR20150117200A (ko) 선 폭이 변화하는 전도성 층을 갖춘 디스플레이 패널
JPWO2010055633A1 (ja) 液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法
JPWO2011104956A1 (ja) 液晶表示パネルおよび液晶表示装置
US8879038B2 (en) Array substrate, liquid crystal display device and manufacturing method of array substrate
TWI402584B (zh) 影像顯示系統
WO2014042081A1 (ja) 液晶表示装置
JP4975281B2 (ja) 液晶表示装置
KR20070073171A (ko) 표시 기판 및 이를 갖는 액정 표시 패널
JP5710736B2 (ja) 液晶表示装置
JP2005189756A (ja) 液晶表示装置
JPWO2010137560A1 (ja) 液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150728

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150904

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5890847

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees